Севастопольский национальный институт ядерной энергии

Севастопольский национальный институт ядерной энергии

И промышленности

 

Л.Я. Патрикеев, А.М. Фомин, О.Н. Титаренко

 

ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

по дисциплине «Электробезопасность»

для студентов заочной формы обучения

Специальностей

Электрические станции

Электротехнические системы электропотребления

Нетрадиционные источники энергии

Г. Севастополь

Введение

 

В данном методическом пособии изложены основные сведения о назначении и принципе действия защитного заземления и зануления. В методических указаниях приведены примеры расчета одиночных, групповых, сложных заземлителей и заземлителей подстанций 6/0,4 кВ и 110/35/6 кВ, а также примеры расчета зануления.

Целью данного пособия является изучение методов расчета по определению сопротивления растеканию тока заземлителей, числа и геометрических размеров вертикальных и горизонтальных элементов, способов правильного размещения заземлителя на плане электроустановки, исходя из регламентированных Правилами устройства электроустановок величин допустимого сопротивления заземления; закрепление методов расчета, определение условий, при которых зануление надежно выполняет возложенные на него задачи – быстро отключает поврежденную установку от сети - и в то же время обеспечивает безопасность прикосновения человека к корпусу электроустановки в аварийный период.

Пособие предназначено для студентов заочной формы обучения специальностей:

7.090601 Электрические станции

7.090603 Электротехнические системы электропотребления

7.090504 Нетрадиционные источники энергии.

 

 

 

Расчет заземления.

 

Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом (вода, реки или моря и т.п.) металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (индуктивное влияние соседних токоведущих частей, разряд молнии и т.п.).

Назначение защитного заземления – устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу ЭУ и другим нетоковедущим металлическим частям, случайно оказавшимся под напряжением.

Принцип действия защитного заземления – снижение до безопасных значений напряжения прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус и другими причинами.

Область применения защитного заземления:сети напряжением до 1000 В переменного тока – трехфазные трехпроводные с изолированной нейтралью, однофазные двухпроводные изолированные от земли, а также постоянного тока двухпроводные с изолированной средней точкой обмоток источника тока; сети напряжением выше 1000 В переменного и постоянного тока с любым режимом нейтрали (рис. 1, а и б).

а) б)

 

 

Рис. 1. Принципиальные схемы защитного заземления в сетях трехфазного тока:

а - в сети с изолированной нейтралью до 1000 В и выше;

б - в сети с заземленной нейтралью выше 1000 В;

1– заземленное оборудование;

2– заземлитель защитного заземления;

3– заземлитель рабочего заземления

Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя электродов, соединенных между собой и находящихся в непосредственном контакте с землей, и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановки с заземлителем.

В зависимости от места размещения заземлителя относительно заземляющего устройства оборудования различают два типа заземляющих устройств: выносные и контурные (рис. 2, 3).

 

 

 

1)

2)

 

 

Заземлители бывают искусственные, предназначенные исключительно для заземления, и естественные – находящиеся в земле металлические предметы иного назначения.

Для искусственных заземлителей применяют обычно вертикальные и горизонтальные электроды. В качестве вертикальных электродов используют стальные трубы диаметром 5...6 см с толщиной стенки не менее 1,5 мм и угловую сталь с толщиной полок не менее 4 мм (обычно это угловая сталь от 40х40 до 60х60 мм) отрезками 2,5...3 м. Применяют также прутковую сталь диаметром не менее 10 мм, длиной до 10 м.

Для связи вертикальных электродов применяют горизонтальные электроды (полосовая сталь сечением не менее 4х12 мм и сталь круглого сечения диаметром не менее 6 мм).

Размещение электродов выполняют в соответствии с проектом.

В качестве естественных заземлителей могут использоваться проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубы (кроме трубопроводов горючих жидкостей и газов), отсадные трубы скважин, колодцев, шурфов; металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, свинцовые оболочки кабелей, проложенные в земле и т.п.

В качестве естественных заземлителей подстанций и РУ рекомендуется использовать заземлители опор отходящих линий электропередачи, соединенных с помощью грозозащитных тросов линий с заземляющим устройством подстанции ли РУ, а также железобетонные фундаменты элементов опор воздушных линий электропередачи.

При расчете заземлителей в однородной земле учитывается сопротивление верхнего слоя (слоя сезонных изменений, обусловленное промерзанием и высыханием грунта). Расчет производят способом, основанным на применении коэффициентов использования (табл. 1, 2, 3 приложения). Его выполняют как при простых, так и при сложных конструкциях групповых заземлителей.

При расчете заземлителей в многослойной земле принимают обычно двухслойную модель земли с удельными сопротивлениями верхнего и нижнего слоев ρ₁ и ρ₂ соответственно и толщиной (мощностью) верхнего слоя h₁ (рис. 4).

 

 

 

 

а) б) в)

 

Рис. 4. Одиночные заземлители, размещенные в двухслойной земле:

а - вертикальный стержневой у поверхности земли;

б - вертикальный стержневой в земле;

в - пластинчатый в земле

 

Расчет проводится способом наведенных потенциалов. Такой расчет целесообразно применять для сложных групповых заземлителей, обычно в электроустановках напряжением 110 кВ и выше.

Расчет заземлителей как в однородной, так и в многослойной земле можно выполнить по допустимому сопротивлению растекания тока заземлителя или по допустимым напряжениям прикосновения и шага. Для электроустановок с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В и до 35 кВ включительно расчет заземлителя производится обычно по допустимому сопротивлению растекания.

Для ЭУ с эффективно заземленной нейтралью напряжением 110 кВ и выше заземлитель можно рассчитывать как по допустимому сопротивлению, так и по допустимым напряжениям прикосновения и шага. В обоих случаях потенциал заземляющего устройства при стекании с него тока замыкания на землю не должен превышать 10 кВ, если возможен вынос потенциала за пределы зданий и внешних ограждений электроустановок.

 

Порядок расчета

 

1. Уточняют исходные данные.

2. Определяют расчетный ток замыкания на землю.

3. Вычисляют требуемое сопротивление заземляющего устройства.

4. Рассчитывают необходимое сопротивление растеканию тока искусственного заземлителя.

5. Выбирают тип заземлителя и составляют предварительную схему (проект) заземляющего устройства (размещают на плане установки принятые для сооружения заземлителя электроды и заземляющие проводники).

6. Уточняют параметры заземлителя.

 

 

Исходные данные для расчета

Для расчета заземления необходимы следующие сведения:

- характеристика электроустановки – тип установки, виды основного оборудования, рабочие напряжения, способы заземления нейтралей трансформаторов и т.п.;

- план электроустановки с указанием основных размеров и размещения оборудования;

- формы и размеры электродов, из которых предусмотрено соорудить проектируемый групповой заземлитель, а также предполагаемая глубина погружения в землю;

- данные измерений удельного сопротивления грунта на участке, где должен быть сооружен заземлитель; если земля принимается двухслойной, необходимы данные измерений удельного сопротивления обоих слоев земли и толщина верхнего слоя;

- данные о естественных заземлителях: какие сооружения могут быть использованы для этой цели и сопротивления их растеканию тока, полученные непосредственным измерением или расчетным путем;

- расчетный ток замыкания на землю, если ток неизвестен, его вычисляют (расчетный ток замыкания на землю должен быть определен для той из возможных схем сети в эксплуатации, при которой этот ток имеет наибольшее значение;

- расчетные значения допустимых U_пр и U_ш и время действия защиты, если расчет производится по допустимым напряжением прикосновения и шага.

 

Заземляющего устройства

 

Наибольшие допустимые значения R з. у., установленные ПУЭ, составляют:

а) для установок до 1000 В:

- 10 Ом при суммарной мощности генераторов или трансформаторов, питающих данную сеть, не более 100 кВА;

- 4 Ом - во всех остальных случаях;

б) для установок выше 1000 В:

- 0,5 Ом при эффективно заземленной нейтрали (т.е. при больших токах замыкания на землю);

- 250/ I _з 10 Ом при изолированной нейтрали (т.е. при малых токах замыкания на землю) и условии, что заземлитель используется только для установок напряжением выше 1000 В;

- 125/ I _з 10 Ом при изолированной нейтрали и условии, этот заземлитель используется одновременно для установок напряжением до 1000 В.

В этих выражениях I _з – расчетный ток замыкания на землю, А.

При расчете заземлителя в однородной земле способом коэффициентов использования, имея данные наибольших допустимых их значений, находят допустимое сопротивление заземлителя из выражения

(2)

 

а также из выражения ,

где φ₃ – потенциал заземлителя, В;

α₁ – коэффициент напряжения прикосновения;

α₂ – коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий падение напряжения в сопротивлении растеканию основания, на котором стоит человек.

Заменив в первых двух уравнениях φ₃ его значением, получаем искомое сопротивление заземлителя, Ом:

 

По напряжению прикосновения по напряжению шага

 

Меньшее значение R₃ и будет расчетным сопротивлением заземлителя.

Коэффициент напряжения прикосновения α₁ находится по таблице приложения или расчетным путем, например, для одиночного стержневого вертикального заземлителя:

, (3)

где l - длина заземлителя, м;

d – диаметр стержневого электрода, м.

Коэффициент напряжения прикосновения выбирается с учетом падения напряжения в сопротивлении растеканию основания, на котором стоит человек,

(4)

 

где R _осн – сопротивление растеканию ног человека, его можно определить следующим образом: если площадь подошвы одной ноги принять равной 0,0225 м², то диаметр эквивалентного ей диска будет 0,17 м, а сопротивление растеканию тока составит:

 

.

 

Полагая, что ступни ног отстоят одна от другой на расстоянии шага, получим искомое сопротивление растеканию основания:

 

. (5)

по напряжению шага

(6)

 

где β ₁ - коэффициент шага.

Для одиночного стержневого вертикального заземлителя

 

, (7)

 

где а – шаг человека, м;

r – радиус стержневого электрода, м;

l - длина электрода, м;

β₂ - коэффициент напряжения шага, учитывающий падение напряжения в сопротивлении растеканию основания, на котором стоит человек:

 

;

 

. (8)

 

При выборе коэффициентов α₂ и β₂ определяют, считая, что ρ – расчетное удельное сопротивление основания, на котором стоит человек (пола, гравийной засыпки или грунта), Ом^.м; R_h - сопротивление тела человека, принимаемое равным 1000 Ом.

При расчетах сложного заземлителя в двухслойной земле (способ наведенных потенциалов) коэффициент α₁ находят из выражения

 

, (9)

 

или по упрощенной формуле:

 

, (10)

 

где М – параметр, зависящий от отношения удельных сопротивлений верхнего (ρ₁) и нижнего (ρ₂) слоев земли;

Таблица 1.1

	0,5	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0	7,0	8,0	10,0
М	0,36	0,5	0,62	0,69	0,72	0,75	0,77	0,79	0,8	0,82

L_В – длина вертикального электрода;

L_Г – суммарная длина горизонтальных электродов, м;

S – площадь, занимаемая заземлителем, м².

Коэффициент α₂ вычисляют по формуле

 

, (11)

 

где ρ₁ – расчетное удельное сопротивление внешнего слоя земли Ом^.м.

 

Заземлителя

При использовании естественных заземлителей (предписывается ПУЭ) сопротивление искусственного заземлителя R_и, Ом, меньше требуемого R_з, Ом и равно

 

(12)

 

где R_e – сопротивление растеканию естественного заземлителя, Ом.

Сопротивления естественных заземлителей определяют непосредственно измерениями.

 

Примеры расчетов.

Пример 1.

Определить сопротивление растеканию тока одиночных заземлителей: вертикального стержневого R_в и горизонтального полосового R_г. Их размеры и размещение в земле приведены на рис. 6. Удельное сопротивление грунта ρ = 10² Ом^.м.

а) б)

Рис. 6

Решение. Подставим данные в соответствующие формулы (приложение, табл. 3):

 

Ом.

 

Для горизонтального электрода

 

.

 

Пример 2.

Ток I_З = 30 А стекает в землю через групповой заземлитель, состоящий из трех одинаковых полушаровых электродов радиусом r = 0,5 м, размещенных в вершинах равностороннего треугольника (рис. 7). Определить φ_гр при расстояниях между центрами электродов, равных 2,5; 10; 40 м, ρ земли равно 120 Ом^.м (земля однородная).

 

 

Рис. 7

 

Решение. Поскольку электроды одинаковы и находятся в одинаковых условиях, у них равны:

- сопротивление растеканию тока

 

;

 

- токи, стекающие в землю,

 

;

 

- собственные потенциалы электродов

 

.

 

На основании уравнения

 

потенциал группового заземлителя с учетом (потенциал, наведенный на первом электроде соседними)

.

 

Подставив значения n = 3 и r = 0,5 м и произведя преобразования, получим

 

.

 

Искомые значения потенциалов группового заземлителя будут:

- при S = 2,5 м φ_гр = 1,5 φ₀ = 600 В;

- при S = 10 м φ_гр = 1,1 φ₀ = 440 В;

- при S = 40 м φ_гр φ₀ = 400 В;

 

Пример 3.

Определить коэффициент использования η_гр и сопротивление группового заземлителя R_гр, состоящего из 20 вертикальных стержневых электродов, расположенных в ряд на расстоянии S = 2,5 м один от другого, и горизонтальной соединительной стальной полосы. Длина стержневого электрода l = 2,5 м. Сопротивление растеканию электродов: вертикального стержневого R_в = 30,2 Ом, горизонтального полосового R_г = 3,86 Ом.

Решение. Из таблиц 1 и 2 находим для случая , η_в = 0,48 и η_г = 0,42. Подставив данные в уравнения для , получим

 

;

Ом.

 

 

Пример 4.

Определить сопротивление сложного заземлителя в однородной земле, выполненного в виде сетки из горизонтальных и вертикальных стержневых электродов.

Дано: удельное сопротивление земли равно ρ = 100 Ом^.м; размеры заземлителя указаны на рис. 8.

 

А = 25 м; В = 17 м; С = 15 м; D = 6 м; длина вертикального электрода l_В = 3 м; глубина заложения заземлителя t_В = 0,5 м.

 

Решение. Искомое сопротивление заземлителя находится по формуле (16). Предварительно вычисляем неизвестные значения величин, входящих в эту формулу. Определяем площадь, занимаемую заземлителем. S = A∙B + (A – C)D = 25∙17 + (25 – 15)∙6 = 485 м². По формуле (17) находим – относительная глубина погружения в землю.

Определяем коэффициент А по формуле (16) поскольку 0,1 t_отн 0,5,

А = 0,385 – 0,25 t_отн = 0,385 – 0,25∙0,159 = 0,345.

По рисунку подсчитываем суммарную длину горизонтальных и количество вертикальных электродов;

L_г = 217 м; n = 32 шт. Подставив в формулу (16) полученные значения, найдем искомое сопротивление заземлителя:

 

.

 

Пример 5.

Определить коэффициент напряжения прикосновения α₁ и U_пр при одиночном стержневом вертикальном заземлителе длиной l = 3 м и диаметром d = 6 см для двух случаев: человек касающийся заземленного оборудования, находится на расстоянии от оси заземлителя х = 2 м (положение 1 на рис. 9) и х = 20 м(положение 2). Удельное сопротивление земли ρ = 100 Ом^.м; ток, стекающий в землю через заземлитель, I_з = 10 А.

 

 

 

Рис. 9

 

 

Решение. 1. Находим потенциал заземлителя:

 

.

 

2. Вычисляем значения искомых коэффициентов α₁ и напряжения прикосновения U_пр при х = 2 м:

 

;

 

U_пр = φ_З α₁ = 280∙0,772 = 216 В,

 

при х = 20 м

 

U_пр = φ_З α₁ = 280∙0,972 = 272 В.

 

Пример 6.

Человек коснулся оборванного и лежащего на земле провода воздушной линии, находящейся под напряжением. Определим U_пр, если длина участка провода, лежащего на земле,

l = 5 м; расстояние от человека до этого участка S = 3 м; диаметр провода 2r = 0,01 м; ток замыкания на землю I_З = 10 А; ρ = 10² Ом^.м; R_n = 10³ Ом.

 

Решение. Расчетные формулы:

 

U_пр = φ_З α₁ или U_пр = φ_З – φ_осн; U_ПР = φ_З α₁ α₂ = (φ_З – φ_осн) α₂.

 

Рассмотрим провод, лежащий на земле, как протяженный заземлитель круглого сечения.

По уравнению определяем потенциал провода

 

В.

 

Определяем потенциал на поверхности земли в том месте, где стоит человек:

 

 

φ_осн = В.

 

Коэффициент напряжения прикосновения

 

α₂ = .

 

Искомая величина напряжения прикосновения U_пр = (φ_З – φ_осн) α₂ = (440 – 30)∙0,87 = 360В.

Пример 7.

 

Рис. 10

 

Определить U_{ш. мах} при одиночном стержневом заземлении длиной l = 3 м и диаметром d = 6 см (рис. 10 - напряжение шага при одиночном заземлителе).

 

Решение. Из уравнения ; ;

 

U_ш.мах = φ_З β₁ = 0,62 φ_З

где β₁ - коэффициент напряжения шага .

 

Пример 8.

Определить U_ш, если β₁ = 0,62; ρ = 10² Ом^.м; R_h = 10³ Ом; .

 

Решение. Коэффициент напряжения шага β₂, учитывающий падение напряжения в сопротивлении растеканию основания, на котором стоит человек:

 

β₂ = β₂ = 10³ /(10³ + 6∙10²) = 0,625;

 

U_ш = φ_З β₁ β₂ = 0,62∙0,625 φ_З 0,39 φ_З,

 

где β₂ - коэффициент напряжения шага, учитывающий падение напряжения в сопротивлении растеканию основания, на котором стоит человек.

 

 

Пример 9.

Определить значение эквивалентного удельного сопротивления ρ_Э двухслойной земли для сложного заземлителя. Дано: ρ₁ = 200 Ом^.м; ρ₂ = 40 Ом^.м; h₁ = 1,8 м; а = 6 м; l _В = 3 м; t_В = 0,6 м.

Решение. Определяем .

Находим отношение удельных сопротивлений: .

 

,

 

где l _отн – относительная длина верхней части вертикального электрода;

t_В – глубина погружения в землю верхнего конца вертикального электрода;

 

= 0,4.

 

Поскольку 1 10, показатель степени К в уравнении (25) вычисляем, по формуле

К = 0,43 (l _отн + 0,272 ln ) = 0,43(0,4 + 0,272ln ) = 0,294;

 

ln ρ_э = ln ρ₂ + К ln ( ) = ln 40 + 0,294 ln 5 = 4,16, откуда искомое эквивалентное удельное сопротивление ρ_Э = 64 Ом^.м.

Определяем по таблице данные: ( ) = 5; = = 2; l _отн = 0,4, находим в соответствующей графе таблицы = 1,54, откуда ρ_Э = 1,54, ρ₂ = 1,54∙40 = 620 Ом^.м.

 

Пример 10.

Определить наибольшее значение коэффициента напряжения прикосновения α₁ для заземлителя в двухслойной земле в виде квадратной сетки со стороной с квадратными клетками одинакового размера и равномерно размещенными по контуру заземлителя вертикальными электродами (рис. 11 - сложный заземлитель в двухслойной земле, в виде горизонтальной сетки с вертикальными электродами). Дано: = 36 м; ρ₁ = 200 Ом^.м; ρ₂ = 40 Ом^.м; l _В = 3 м; а = 6 м.

 

Решение. Определим α₁ по формуле (9). Находим отношение удельных сопротивлений: , и по цифровой зависимости, приведенной в задании, вычисляем по таблице параметр М, зависящий от удельных сопротивлений верхних и нижних слоев земли

 

……..0,5 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 10,0;

М … 0,36 0,5 0,62 0,69 0,72 0,75 0,77 0,79 0,8 0,82.

 

М = 0,75 – для нашего случая. По рис. 7 вычисляем общую длину горизонтальных электродов

 

 

a) б)

Рис. 11

L _г = 12∙36 = 432 м. Подставив в выражение α₁ = значения входящих в него величин, получаем искомый коэффициент прикосновения

 

α₁ = .

 

Определяем α₁ по формуле

 

 

Подсчитываем по рис. 11 количество вертикальных электродов n или, располагая значениями длины одной стороны квадратной сетки = 36 м и расстояния между вертикальными электродами а = 6 м, вычисляем n как частное от деления длины периметра сетки на а:

 

n = 4 .

 

Затем находим общую длину вертикальных электродов:

 

L _в = n · l _В = 243 = 72 м.

 

Теперь по формуле (10) определяем

 

.

 

 

Пример 11.

Расчет заземлителя в однородной земле методом коэффициентов использования по допустимому сопротивлению.

Задание. Рассчитать заземлитель подстанции 6/0,4 кВ.

Исходные данные. Подстанция понижающая, имеет два трансформатора 6/0,4 кВ с заземленными нейтралями на стороне 0,4 кВ; размещена в отдельно стоящем одноэтажном кирпичном здании размеры которого в плане указаны на рис. 8 (а - план подстанции и предварительная схема заземлителя, б - оконечная схема заземлителя).

 

 

 

 

а) б)

 

Рис. 12

 

В качестве естественного заземлителя будет использована металлическая технологическая конструкция, частично погруженная в землю; ее расчетное сопротивление растеканию тока (с учетом сезонных изменений) R_е = 15 Ом. Ток замыкания на землю не известен, однако известна протяженность линий: кВ – кабельных l _КЛ = 70 км, воздушных l _ВЛ = 65 км. Заземлитель предполагается выполнить из вертикальных стержневых электродов длиной l _В =5 м, диаметром d = 12 мм, верхние концы которых соединяются с помощью горизонтального электрода – стальной полосы суммарной длиной L_г = 50 м, сечением (a×b) 4 х 40 мм, уложенной в землю на глубине t₀ = 0,8 м.

Расчетные удельные сопротивления земли получены в результате измерений на участке, где предполагается сооружение заземлителя, и расчеты равны: для вертикального электрода длиной 5 м ρ_расч.В = 120 Ом^.м; для горизонтального длиной 50 м ρ_расч.В = 176 Ом^.м.

 

Решение. Расчетный ток замыкания на землю на стороне 6 кВ определяем по формуле:

 

.

 

Требуемое сопротивление растеканию заземлителя, который принимаем общим для установок 6 и 0,4 кВ согласно требования ПУЭ,

 

 

Требуемое сопротивление искусственного заземлителя

 

 

Тип заземлителя выбираем контурный, размещенный по периметру подстанции с ее основными размерами (рис. 12). Вертикальные электроды размещаем на расстоянии 5 м один от другого (а = 5 м). Уточняем параметры заземлителя путем поверочного расчета. Из предварительной схемы видно, что в принятом нами заземлителе суммарная длина горизонтального электрода L_г = 50 м, а n = 10 шт.

Определяем расчетные сопротивления растеканию электродов, вертикального R_В и горизонтального R_Г, по формулам, приведенным в таблицах 1 2 приложения:

 

;

.

 

Имея в виду, что принятый нами заземлитель контурный и что n = 10 шт., а отношение , определяем по таблицам 1 и 2 коэффициенты использования электродов заземлителя – вертикальных η_в = 0,56, горизонтального η_г = 0,34.

Теперь находим сопротивление растеканию принятого нами группового заземлителя:

.

 

Это сопротивление оказывается больше, чем требуемое R_и (3,6 Ом), поэтому принимаем решение увеличить в контуре заземлителя количество вертикальных электродов до 13 шт. Затем вновь по таблице находим коэффициенты использования η_В и η_Г, принимая отношение = 1, и вычисляем R. В этом случае η_в = 0,53 и η_г = 0,31, а сопротивление заземлителя растеканию тока

.

 

Это сопротивление меньше требуемого, но так как разница между ними невелика (0,27 Ом) и она удовлетворяет условиям безопасности, принимаем этот результат как окончательный.

Итак, проектируемый заземлитель – контурный, состоит из 13 вертикальных стержневых электродов длиной 5 м и диаметром 12 мм и горизонтального электрода в виде стальной полосы длиной 70 м, сечением 4 х 40 мм, на глубине 0,8 м, глубина заложения электродов в земле

t = 0,8 м.

 

Пример 12.

Необходимо рассчитать заземлитель подстанции 110/35 /6 кВ (рис. 13: а - предварительная схема заземлителя; б - расчетная модель).

 

а) б)

 

Рис. 13

Исходные данные:

1. Подстанция понижающая, имеет два трансформатора 110/35/6 кВ с эффективно заземленной нейтралью со стороны 110 кВ. Для питания собственных нужд имеется трансформатор 6/0,4 кВ с глухозаземленной нейтралью низшего напряжения; распределительные устройства 110 и 35 кВ открытого типа, 6 кВ закрытого типа.

2. Территория подстанции занимает площадь S = 6300 м²;

3. Заземлитель предполагается выполнить из горизонтальных полосовых электродов сечением 4 х 40 мм и вертикальных стержневых электродов длиной l _в = 5 м, диаметром d = 12 мм, глубина заложения электродов в земле t = 0,8 м.

4. Расчетные удельные сопротивления верхнего и нижнего слоев земли ρ₁ = 230 Ом^.м,

ρ₂ = 80 Ом^.м.

Мощность верхнего слоя земли h₁ = 2,8 м.

5. В качестве естественного заземлителя использовать систему трос-опоры двух отходящих от подстанции воздушных линий электропередачи 110 кВ на металлических опорах с длиной пролета l = 250 м, каждая линия имеет стальной грозозащитный трос сечением S = 50 мм²; расчетное (с учетом сезонных колебаний) сопротивление заземления одной опоры r_оп = 12 Ом; число опор с тросом от каждой линии больше 20; данные измерений сопротивления системы тросопоры отсутствуют.

6. Расчетный ток замыкания на землю на стороне 110 кВ составляет 5 кА, на стороне 35 кВ – 40 А на стороне 6 кВ – 30 А.

 

Решение. Сопротивление заземлителя растеканию тока R_з, согласно требованиям ПУЭ, должно быть не более 0,5 Ом. Сопротивление естественного заземлителя для двух линий R_е определяется по формуле

 

, (26)

 

где r_on – расчетное, то есть наибольшее (с учетом сезонных колебаний) сопротивление заземления одной опоры, Ом;

r_т – активное сопротивление троса на длине одного пролета, Ом;

n_т – число тросов на опоре.

Для стального троса сечением S, мм², при длине пролета l, м, активное сопротивление, Ом,

, (27)

 

 

Требуемое сопротивление искусственного заземлителя R_и с учетом того, что R_З = 0,5 Ом и R_е = 1,5 Ом:

 

 

Составляем предв